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Jordana Cristina Campos Oliveira
AVALIAÇÃO DO TIPO DE ESCORAMENTO DE VALAS A SER UTILIZADO EM
FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS: estudo de caso solos
Tocantins
Palmas – TO
2017
Jordana Cristina Campos Oliveira
AVALIAÇÃO DO TIPO DE ESCORAMENTO DE VALAS A SER UTILIZADO EM
FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS: estudo de caso solos
Tocantins
Projeto de Pesquisa elaborado e apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) I do curso de bacharelado em Engenharia Civil do Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA) Orientador: Prof. Dra. Elizabeth Hernández Zubeldia
Palmas – TO
2017
Jordana Cristina Campos Oliveira
AVALIAÇÃO DO TIPO DE ESCORAMENTO DE VALAS A SER UTILIZADO EM
FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS: estudo de caso solos
Tocantins
Projeto de Pesquisa elaborado e apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) I do curso de bacharelado em Engenharia Civil do Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA). Orientador: Prof. Dra. Elizabeth Hernández Zubeldia
Aprovado em: _____/_____/_______
BANCA EXAMINADORA
____________________________________________________________
Prof.a Dra Elizabeth Hermández Zubeldia
Orientadora
Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP
____________________________________________________________
Prof.a Esp. Kênia Parente Lopes Mendonça
Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP
____________________________________________________________
Prof. Esp. Euzir Pinto Chagas
Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP
Palmas – TO
2017
Agradecimentos
Em primeiro lugar a Deus que me permitiu chegar até aqui, me amparando,
dando forças, discernimento e coragem, em todos os momentos da minha vida. Sem
ele definitivamente nada sou.
Aos meus pais, Celso Canuto de Oliveira, e Elena Cristina M. C. Oliveira, e
minha irmã Thainara Campos Oliveira, por todo amor, carinho, incentivo, apoio
incondicional e compreensão nas ausências dos domingos em família, dedicados
аоs estudos; sempre fizeram entender qυе о futuro é feito а partir da constante
dedicação no presente! Por não medirem esforços para me veem crescendo.
Ao meu esposo Raphael Bandeira Barbosa, por estar ao meu lado em todos
os momentos, de choros e alegrias durante esse processo de formação acadêmica,
por abrir de mão de muitos de seus objetivos para que eu pudesse alcançar os
meus.
As minhas amigas Amanda Vieira, Eduarda Martins, Larissa Bavaresco e
Luciana Cristina, companheiras de trabalhos е irmãs na amizade qυе fizeram parte
da minha formação е que vão continuar presentes em minha vida com certeza.
Agradeço também a minha orientadora Elizabeth Hernández Zubeldia, pela
paciência, serenidade, dedicação e esforço para que eu pudesse ter confiança e
segurança na realização deste trabalho, sendo em muitos casos muito além de
orientadora, tornando-se amiga!
A Professora Maria Carolina D’Oliveira, pelas inúmeras vezes que esteve ao
meu lado me aconselhando, ouvindo, sendo mãe, amiga, e psicóloga (risos).
Ao professor Dalton Cardoso Bracarense, o qual Deus encaminhou na minha
vida para que eu não desistisse no meio do caminho – momento em que nada que
eu havia estudado fazia sentido por falta de experiência - me dando a oportunidade
de ser estagiária em uma das maiores empresas de engenharia.
RESUMO
O presente trabalho propõe a avaliação do tipo de escora de valas a ser utilizado em
função das características geotécnicas dos solos do Tocantins; tendo em vista a não
homogeneidade dos solos presentes no estado, e as diversas opções de contenção
que podem ser empregadas em obras de escavação em céu aberto. Nesse tipo de
escavação, com profundidades superiores a 1,25m, é obrigatório - conforme
estabelece a portaria nº. 3214 do Ministério do Trabalho, de 08/06/1978,
regulamentada pela NR 18 - o uso de escoramentos a fim de garantir a segurança e
a integridade da obra e dos colaboradores. A pesquisa terá como base a
metodologia pura, a qual visa identificar os fatores que determinam ou contribuem
para a análise dos solos em questão. Tem-se como objetivo metodológico, uma
pesquisa exploratória e descritiva, com procedimentos de levantamentos
bibliográficos e análises utilizando softwares. A caracterização dos tipos de solos
será realizada utilizando o software ArcGIS em conjunto com estudos bibliográficos.
As propriedades resistentes dos solos serão definidas com base nas correlações da
literatura e em seguida analisadas quanto seu potencial de estabilidade por meio do
método do equilíbrio das forças, utilizando o software GeoStudio. E por fim, de
acordo com os resultados obtidos anteriormente será dimensionado o melhor tipo de
escoramento de acordo com a NBR 9061/1985 e a NBR 12266/1992, através de
planilhas de Excel.
Palavras-chave: Solos. Escoramento. Valas. ArcGIS. GeoStudio.
ABSTRACT
The present work proposes an evaluation of the type of trench shoring to be used in
the function of the geotechnical characteristics of the Tocantins soils; there are no
reviews available for excavation works in open skies. In this type of excavation, with
depths over 1,25m, it is mandatory - as established in ordinance n° 3214 of the
Ministry of Labor, dated 06/06/1978, regulated by NR 18 - the use of shoring and end
of security and an integrity of the work and the collaborators. A research is based on
pure methodology, an identification of the factors that determine or contribute to an
analysis of the soils in question. It has as an objective methodological, an exploratory
and descriptive research, with procedures of bibliographical surveys and analyzes,
using software. A characterization of soil types, it is necessary to use the ArcGIS
software in conjunction with bibliographic studies. Resistance properties of the soils
are defined based on the correlations of the literature and instead are analyzed for
their stability potential by means of the balance of forces method, using GeoStudio
software. And finally, according to the results obtained, be the best type of shoring
according to NBR 9061/1985 and NBR 12266/1992, through Excel spreadsheets.
Keywords: Solos. Shoring. Troughs. ArcGIS. GeoStudio.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1. Diagrama triangular de Atterbeg utilizado para a classificação textural do
solo (EMBRAPA, 2006 ). ............................................................................................. 14
Figura 2. Envoltória de ruptura de Mohr. (FSP, 2013) ................................................ 16
Figura 3. Estados de empuxo em função da movimentação (CAPUTTO, 1987) ....... 17
Figura 4. Forças atuantes em uma fatia vertical de uma superfície de deslizamento
(GEO - SLOPE/W, 2017) ............................................................................................ 18
Figura 5. Fatores de Segurança Mínimos para Escorregamentos. (NBR 11682) ...... 19
Figura 6. Perfil do solo. (EMBRAPA, 2006) ................................................................ 20
Figura 7. Mapa de Pedologia do Tocantins. (EMBRAPA, 2006) ................................ 21
Figura 8. Pontaleamento (CEHOP, 2008) .................................................................. 25
Figura 9. Escoramento descontínuo (CEHOP, 2008) ................................................. 25
Figura 10. Escoramento descontínuo (CEHOP, 2008) ............................................... 26
Figura 11. Escoramento especial (CEHOP, 2008) ..................................................... 26
Figura 12. GeoSlope em análise pelo método do equilíbrio limite. (GEOSLOPE,
2017) ........................................................................................................................... 28
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Características predominantes..............................................................24
Tabela 2. Dados Teóricos dos Solos com Variação de Altura.............................30
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
CEULP Centro Universitário Luterano de Palmas
NBR Norma Brasileira
NR Norma Regulamentadora
SIG Sistema de Informações Geográficas
ULBRA Universidade Luterana do Brasil
LISTA DE SÍMBOLOS
τ Resistencia ao cisalhamento do solo
σ3 Tensão normal
σ1 Tensão normal inicial
c Coesão
φ Ângulo de atrito
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 10
1.1PROBLEMA DE PESQUISA .................................................................................. 10
1.2 OBJETIVOS .......................................................................................................... 10
1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................... 10
1.2.2 Objetivos Específicos ...................................................................................... 10
1.3 JUSTIFICATIVA .................................................................................................... 10
2 REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................................................... 12
2.1 SOLO ..................................................................................................................... 12
2.1.1 Propriedades físicas dos solos ...................................................................... 12
2.1.2 Propriedades mecânicas dos solos ............................................................... 15
2.1.3 Empuxo dos solos ........................................................................................... 17
2.1.4 Método do equilíbrio limite para análise de estabilidade de taludes ......... 18
2.1.5 Classificação dos solos de acordo com seus horizontes ........................... 19
2.1.6 Solos do Tocantins .......................................................................................... 20
2.1.5.1 Classificação dos solos do Tocantins quanto à textura .................................. 23
2.2 ESCORAMENTO DE VALAS ................................................................................ 24
2.3 ARCGIS ................................................................................................................. 27
2.4 GEO-SLOPE ......................................................................................................... 27
3 METODOLOGIA ...................................................................................................... 29
3.1 IDENTIFICAR OS TIPOS DE SOLOS PRESENTES NO ESTADO DO
TOCANTINS ATRAVÉS DO SOFTWARE ARCGIS ................................................... 29
3.2 DEFINIR PROPRIEDADES RESITENTES PARA OS SOLOS
IDENTIFICADOS.. ...................................................................................................... 29
3.3 ANALISAR A ESTABILIDADE DOS SOLOS ATRAVÉS DO SFTWARE
GEOSLOPE: CASOS TEÓRICOS .............................................................................. 30
3.4 DETERMINAR E DIMENSIONAR O ESCORAMENTO DE ACORDO COM A
NBR 9061/1985 ........................................................................................................... 30
4 CRONOGRAMA ....................................................................................................... 32
5 ORÇAMENTO .......................................................................................................... 33
REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 34
1 INTRODUÇÃO
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA
Como identificar qual melhor tipo de escoramento, dentre tantas opções, a ser
utilizada nos diversos tipos de solos encontrados?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Determinar, com auxilio das normas técnicas vigentes, qual tipo de escora é
mais adequado para cada tipo de solo na região Tocantins.
1.2.2 Objetivos Específicos
o Identificar e caracterizar os tipos de solos presente no Estado do Tocantins
através do software ArcGis e de estudos publicados na literatura
o Definir propriedades resistentes para os solos identificados, com base em
dados e correlações disponíveis na literatura.
o Identificar casos de potencial instabilidade da escavação de valas variando a
altura da escavação e o tipo de solo, utilizando o software GeoSlope.
o Determinar e dimensionar qual melhor tipo de escoramento de acordo com a
NBR 9061/1985
1.3 JUSTIFICATIVA
A não homogeneidade dos solos impacta diretamente nos métodos construtivos
em geral, pois para cada tipo de solo encontrado existem métodos executivos
diferentes a serem empregados. Na grande maioria das obras a estrutura será
suportada pelo solo, portanto, é fundamental o conhecimento das características
desse material a fim de prever o seu comportamento diante das solicitações
(VALERIM, 2014 apud CAPUTO, 1987).
A escavação em solos a céu aberto é geralmente executada em obras
subterrâneas como metrôs, galerias, subsolos, obras de saneamento,
abastecimento, etc. Nesse tipo de escavação, com profundidades superiores a
1,25m, é obrigatório - conforme estabelece a portaria nº. 3214 do Ministério do
Trabalho, de 08/06/1978, regulamentada pela NR 18 - o uso de escoramentos a fim
de garantir a segurança e a integridade da obra e dos colaboradores.
11
As atividades envolvendo movimentos de terras e obras de infraestrutura
(esgoto, abastecimento, etc.), a etapa de escavação representa uma alta
percentagem dos acidentes graves ou com óbito, sendo uma das principais causas o
soterramento ou enterramento provocado pelo desabamento, afundamento e/ou
deslizamento de terras.
Um dos fatores que agrega essa alta percentagem, é a falta de planejamento do
tipo de escoramento utilizado, aliado às características geotécnicas do solo.
Tendo em vista tais problemas, este trabalho visa estabelecer recomendações
para o tipo de escoramento que deve ser utilizado em função das características do
solo da região do estado do Tocantins.
12
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 SOLO
A necessidade de trabalhar com os solos, tem origem nos tempos mais remotos,
podendo-se até dizer que é tão antiga quanto à civilização (CAPUTO, 1988). De
acordo com Marques (2010), os solos são misturas complexas de materiais
inorgânicos e resíduos orgânicos parcialmente decompostos. Para o homem em
geral, a formação do solo é um dos mais importantes produtos do intemperismo.
São constituídos por um conjunto de partículas sólidas de vários tamanhos,
deixando entre si, vazios que poderão estar totalmente ou parcialmente preenchidos
por água ou outro fluido.
A classificação dos solos permite conhecer o seu comportamento, otimizar os
recursos e reduzir os custos. Para engenharia, a classificação granulométrica e
textural dos solos estabelecem quatro grupos: pedregulhos, areia, silte e argila.
Assim conforme Varela (20010), as principais características desses solos são:
PEDREGULHOS: Formados predominantemente de grãos minerais, de diâmetro máximo maior que 4,8mm e menor que 76mm. Podem ser caracterizados pela textura, compacidade e forma dos grãos.
AREIAS: Formados predominantemente de grãos minerais, de diâmetro máximo maior que 0,05 mm e menor que 4,8mm. Podem ser caracterizados pela textura, compacidade e forma dos grãos.
SILTE: Solo que apresenta apenas a coesão necessária para formar, quando seco, torrões facilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. Formados predominantemente de grãos minerais, de diâmetro máximo maior que 0,005 mm e menor que 0,05mm. Podem ser caracterizados pela sua textura e compacidade.
ARGILA: Apresenta alto indice de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas; quando seco, apresenta alta coesão, formando torrões resistentes a pressão dos dedos; Formados predominantemente de grãos minerais, de diâmetro menor a 0,005mm. Geralmente caracterizados quanto a plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais. Quanto à textura, são identificadas pela sua distribuição granulométrica pertinente.
2.1.1 Propriedades físicas dos solos
Santos (2016) apresenta a física dos solos como a ciência que estuda e
define qualitativa e quantitativamente as propriedades físicas com o objetivo
principal de entender os mecanismos que governam o comportamento dos solos.
13
As propriedades físicas dos solos são determinadas pelos meios físicos que o
compõem, como a granulometria, textura, agregação, porosidade, densidade,
consistência e cor.
A classificação granulométrica é uma técnica pela qual os diversos tipos de
solos são agrupados e designados em função das frações predominantes das
partículas que os compõem. (PORTELA, 2013).
Caputo (1988) descreve que as frações constituintes do solo recebem
designações próprias, e que essas frações de acordo com a escala granulometria
brasileira (ABNT), são definidas como: Pedregulho: conjunto de partículas cujas
dimensões (diâmetros equivalentes) estão compreendidas entre 76 e 4,8 mm; Areia:
entre 4,8 e 0,05 mm; Silte: entre 0,05 e 0,005 mm; Argila: inferiores a 0,005 mm
A percentagem relativa como cada uma destas classes granulométricas está
no solo permite distinguir se ele é muito bem graduado ou não. Portela (2013),
afirma que um solo bem graduado é aquele que contém uma mistura de partículas
com diferentes tipos de tamanhos. Este tipo de solos tem geralmente uma
resistência e estabilidade mais elevada do que um solo mal graduado em que os
grãos são de tamanho mais uniforme.
A textura do solo leva em consideração a quantidade de cada partícula
presente (argila, silte ou areia), determinadas na análise granulométrica, e pode ser
facilmente determinada através do diagrama triangular de classificação textural do
solo de Atterberg (Figura 1).
As partículas individuais constituintes das frações areia, silte e argila se
encontram ligadas umas as outras pela ação de forças de coesão e adesão que se
estabelecem nas interfaces entre as partículas e entre substâncias presentes no
meio. De acordo com o tipo de textura o solo pode assumir diferentes tipos de
umidade, porosidade, agregação e estrutura. (SANTOS, 2016)
14
Figura 1. Diagrama triangular de Atterbeg utilizado para a classificação textural do solo (EMBRAPA, 2006 ).
O peso específico de um solo é a razão entre o seu peso total e o seu volume
total, adicionando-se o peso da água presente em seus vazios e o volume de vazios
do solo. O peso específico natural não difere muito entre solos distintos. Varia entre:
19 a 20 kN/m³ e, portanto, quando não conhecido, é estimado 20 kN/m³. Casos
especiais, como as argilas orgânicas moles, podem apresentar pesos específicos de
14 kN/m³.
Porosidade é determinada com a razão entre o volume de vazios e o volume
total de uma amostra de solo. O intervalo de variação da porosidade está
compreendido entre 0 e 1.(CAPUTO, 1988)
O índice de vazios é determinado com a razão entre o volume de vazios e o
volume das partículas sólidas, expresso em termos absolutos, podendo ser maior do
que a unidade. Sua variação é de 0 a infinito
Caputo (1988) definiu umidade do solo como sendo a razão entre o peso da
água presente em certo volume de solo e o peso da parte sólida presente no mesmo
volume, expressa em porcentagem.
Para Vargas (1977), o comportamento dos solos arenosos é fácil de identificar
por meio das suas composições granulométricas, entretanto com os solos finos, que
é o caso das argilas, isso não acontece. Isto é, apenas o conhecimento da sua
composição granulométrica não é suficiente para prever seu comportamento. Para
tal é necessário a análise do limite de plasticidade e do limite de liquidez.
15
O limite plasticidade é normalmente definido como a capacidade dos solos de
serem moldados sob certas condições de umidade, sem variação de volume.
Podemos destacar que esta é uma das mais importantes propriedades das argilas.
O limite de liquidez do solo pode ser definido como o teor de umidade para o
qual o sulco se fecha com 25 golpes no ensaio realizado pelo aparelho Casagrande.
(CAPUTO, 1988)
2.1.2 Propriedades mecânicas dos solos
As propriedades mecânicas dos solos estão relacionadas com as
características de equilíbrio e deformação dos solos, apontando elementos de
coesão, ângulo de atrito, e cisalhamento.
As características de cisalhamento do solo são representadas pela coesão,
ângulo de atrito interno e pela resistência do solo ao cisalhamento (SILVA e
CARVALHO (2007), apud Ortigão, 1995).
Vargas (1977) define coesão como a resistência que a fração argilosa
empresta ao solo (resistência ao cisalhamento), na qual ele se torna capaz de
manter suas partículas ligadas uma na outra, ou seja, formando uma “liga” natural,
podendo ser moldado em forma de torrões, blocos e em diversas formas. Os solos
que apresentam tal comportamento são chamados coesivos. Os solos não coesivos,
que se desmancham facilmente, ao serem cortados ou escavados, são as areias
puras e pedregulhos. A coesão dos solos pode ser classificada como real e
aparente.
A coesão real é uma parte da resistência ao cisalhamento de solos úmidos,
não saturados, resultante à pressão capilar da água transmitida as partículas. A
coesão aparente é um fenômeno de atrito em que a pressão normal é consequente
da pressão capilar, ou seja, saturando-se o solo essa parcela de resistência
desaparece. Em solos argilosos, é onde pode-se ver melhor a coesão aparente, pois
sob pressão capilar apresentam maiores valores de coesão. (PINTO, 2000).
O ângulo de atrito pode ser entendido, como o ângulo máximo que a força
transmitida pelo corpo á superfície pode fazer com a força normal aplicada ao plano
normal sem que haja ruptura ou deslizamento (Pinto, 2000). O ângulo de atrito
interno do solo depende de fatores como grau de compactação, percentagem e tipo
de argila, tamanho e forma dos grãos de areia do solo (SILVA E CARVALHO, 2007,
apud PINTO, 2000).
16
A resistência ao cisalhamento dos solos pode ser definida como a tensão
máxima de cisalhamento que o solo pode suportar sem que haja ruptura, toda
massa de solo se rompe quando essa resistência é excedida. A resistência ao
cisalhamento dos solos se compõe basicamente da coesão e do ângulo de atrito
entre as partículas, conforme a equação de Coulomb. (CAPUTO, 1988)
De acordo com a teoria de Mohr há ruptura num determinado ponto quando,
ao longo de uma superfície passando por esse ponto, a tensão de cisalhamento
iguala a resistência intrínseca de cisalhamento do material, a qual é uma função de
pressão normal atuante, no ponto, sobre o plano em questão. (VARGAS, 1977)
O diagrama de Mohr apresenta o estado de tensões em torno de um ponto da
massa de solo. Para determinar-se a resistência ao cisalhamento do solo (τ), são
realizados ensaios com diferentes valores de tensões normais (σ3), elevando-se a
tensão normal inicial (σ1) até a ruptura, conforme está representado na Figura 2.
Figura 2. Envoltória de ruptura de Mohr. (FSP, 2013)
Cada círculo de Mohr representa o estado de tensões na ruptura de cada
ensaio. A linha que tangência estes círculos é definida como envoltória de ruptura de
Mohr. A envoltória de Mohr é geralmente curva, embora com frequência ela seja
associada a uma reta. Esta simplificação deve-se a Coulomb, e permite o cálculo da
resistência ao cisalhamento do solo conforme a expressão: τ = c + σ . tg φ . Através
17
do ajuste linear dessa reta pode-se também obter o ângulo de atrito e a coesão do
solo ensaiado.
2.1.3 Empuxo dos solos
Empuxo de terra é a ação produzida pelo maciço terroso sobre as obras em
contato (Neiva et. al., 2014). É de suma importância a determinação do empuxo
imposto pelos solos, pois a análise das estruturas de contenção depende
diretamente desse fator.
Devemos destacar também que os valores de empuxo estão diretamente
ligados ao tipo de solo em questão, ou seja, a análise deve ser aliada sempre a
todas as características predominantes dos solos, sejam elas físicas ou mecânicas.
Rankine baseou-se na hipótese de que uma ligeira deformação no solo é
suficiente para provocar uma total mobilização da resistência de atrito, produzindo o
estado ativo se o solo sofre expansão e passivo se sofre compressão. Sendo assim
temos três estados de empuxo predominantes: ativo, passivo e em estado de
equilíbrio (Figura 3).
De acordo com Vargas (1977), o conceito de empuxo em repouso é empírico
e, portanto, seu valor é essencialmente experimental. As areias têm apresentado
valores de 0,4 a 0,8 de acordo com a densidade de compactação. Já as argilas
podem assumir qualquer valor, desde valores nulo, ate superiores a 1. Costuma-se
adotar um valor médio de 0,5 para os solos compactados em geral.
Figura 3. Estados de empuxo em função da movimentação (CAPUTTO, 1987)
18
Em solos permeáveis a influencia do lençol freático sobre o cálculo das
pressões deve ser levada em conta, considerando-se que a pressão total é igual a
soma da pressão da água mais a do solo com um peso específico submerso, no
caso dos solos pouco permeáveis, deve-se calcular a pressão considerando o solo
com um peso especifico saturado.
2.1.4 Método do equilíbrio limite para análise de estabilidade de taludes
Atualmente, a maioria das análises de estabilidade de taludes envolve análise
equilíbrio limite devido à sua simplicidade e precisão. Esses métodos consistem em
cortar a inclinação dos taludes em lamelas (Figura 4) e aplicar equações de
equilíbrio adequadas (equilíbrio de forças e / ou momentos). De acordo com os
pressupostos feitos nos esforços entre as fatias e o equilíbrio das equações
consideradas, foram propostas muitas alternativas, como os métodos de Petterson &
Fellenius (1936), Bishop (1955), Janbú (1954), Morgenstern 63, Price (1965) e
Spencer (1967), que ajudados por programas computacionais permitem realizar uma
análise muito rigorosa da estabilidade do talude. (PUC, 2014)
As análises consistem em determinar se existe resistência suficiente no
talude (rocha ou solo) para suportar as tensões de cisalhamento que tendem a
provocar a falha ou deslizamento. (SILVA, 2013)
Figura 4. Forças atuantes em uma fatia vertical de uma superfície de deslizamento (GEO - SLOPE/W, 2017)
19
O equilíbrio limite é uma ferramenta empregada pela teoria da plasticidade
para análise do equilíbrio dos corpos com base na hipótese de existir uma linha de
escorregamento conhecida (planar, circular, mista, etc.) e de a resistência respeitar a
equação de Coulomb ao longo da linha de deslizamento. De uma forma geral, as
análises de estabilidade são desenvolvidas no plano considerando-se uma seção
típica do maciço situada entre dois planos verticais e paralelos de espessura unitária
(PEREIRA 2013, apud BUENO; VILAR, 1985).
Segundo a teoria de Fellenius, o fator de segurança é uma relação entre a
resistência ao corte real do talude e a tensão de corte crítica que tentam provocar a
falha, ao longo de uma suposta superfície.
De acordo com a NBR 11682 o fator de segurança é a relação entre os
esforços estabilizantes (resistentes) e os esforços atuantes para determinado
método de calculo adotado. Os valores mínimos do fator de segurança são
apresentados na norma de acordo com a figura 5.
Figura 5. Fatores de Segurança Mínimos para Escorregamentos. (NBR 11682)
2.1.5 Classificação dos solos de acordo com seus horizontes
A secção vertical das camadas de um solo desde a superfície até à rocha
mãe constitui um perfil de solo (Figura 6), que se divide em (PORTELA, 2013, pg. 6-
7, apud MINEIRO, 1981):
o Horizonte A - situa-se à superfície, possui húmus e é
lixiviado. Tem espessura média de 20 a 30 centímetros. Esta camada superficial de solo possui porosidade e grau de saturação baixos (denominada por vezes de zona porosa);
o Horizonte B - Esta camada de solo jovem tem por vezes a mesma estrutura original da rocha mãe (solo residual). Pode ainda resultar da acumulação de materiais
20
arrastados ou provenientes do horizonte A após a sua instalação. Por vezes é endurecido com cimentos calcários ou ferruginosos. A espessura média é da ordem de grandeza do horizonte A, mas pode atingir alguns metros.
o Horizonte C – subsolo – camada de topo alterado dos depósitos geológicos e é a partir dele que se formam os horizontes A e B.
o Rocha mãe - constitui a base e é composta por depósitos geológicos resistentes e rijos.
Perfil do Solo
Figura 6. Perfil do solo. (EMBRAPA, 2006)
2.1.6 Solos do Tocantins
De acordo com estudo realizado pela EMBRAPA, a composição pedológica
do Tocantins, se dá de conforme a figura 7.
Verifica-se na área estudada a predominância de solos distróficos, com horizonte
A moderado e argila de atividade baixa. Em termos de expressão espacial, os
Plintossolos Pétricos e os Latossolos são os principais, seguidos pelas Areias
Quartzosas. Verifica-se ainda a presença do caráter petroplíntico na maioria das
unidades taxonômicas encontradas.
21
Figura 7. Mapa de Pedologia do Tocantins. (EMBRAPA, 2006)
Os latossolos amarelos são formados de materiais argilosos ou areno-argilosos
sedimentares da formação barreiras na região litorânea do Brasil ou nos baixos
planaltos da região amazônica associados à formação Alter-do-Chão, podendo
também ocorrer fora destes ambientes quando atenderem aos requisitos de cor
definidos pelo Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos (SiBCS). A cor
amarelada é uniforme em profundidade, o mesmo ocorrendo com o teor de argila. A
textura mais comum é a argilosa ou muito argilosa. Outro aspecto de campo refere-
se à elevada coesão dos agregados estruturais. (EMBRAPA, 2006)
Os Latossolos vermelho-amarelos são identificados em extensas áreas
dispersas em todo o território nacional associados aos relevos, plano, suave
ondulado ou ondulado. Ocorrem em ambientes bem drenados, sendo muito
profundos e uniformes em características de cor, textura e estrutura em
profundidade.(EMBRAPA, 2006)
Os Latossolos Vermelho-Escuros são solos minerais, não hidromórficos, com
profundidades superiores a 2m, horizontes B com espessura maior que 50 cm, com
22
sequência de horizontes A, B e C pouco distintos; as cores variam de vermelhas
muito escuras a amareladas, geralmente escuras no A, vivas no B e mais claras no
C. Apresentam teor de silte inferior a 20% e argila variando entre 15% e 80%. São
solos com altamente permeáveis, podendo ser trabalhados com altos índices de
umidade.(EMBRAPA, 2006)
Os Podzólicos vermelho-amarelos são solos do horizonte B textural, não
hidromórficos, com argila de atividade baixa, por serem constituídos por
sesquióxidos, argilas do grupo 1:1 (caulinitas), quartzo e outros materiais resistentes
ao intemperismo e saturação de bases baixa, isto é, inferior a 50%. Possuem textura
arenosa, média ou, mais raramente, argilosa, no horizonte A e média ou argilosa, no
horizonte Bt, com relação textural em torno de 1,5 (textura argilosa) e de 3,0 a 10,0,
nos de caráter abrúptico ou abrúptico plinthico, os quais possuem características
morfológicas bem distintas e drenagem moderada. (EMBRAPA, 2006)
Os Podzólicos vermelho-escuros são minerais não hidromórficos, com
horizonte B textural de cores avermelhadas. As texturas predominantes são média
cascalhenta, muito argilosa, média argilosa, argilosa. A estrutura dos horizontes A é
granular, em grau moderado e, a dos horizontes B, moderada a forte em blocos
angulares e subangulares. (CAVEDON e SHINZATO,2016)
A ordem dos Cambissolos abrange solos minerais com características bastante
variáveis, mas que sempre apresentam textura média ou mais fina e ausência de
grande desenvolvimento pedogenético. São solos com pequena profundidade,
elevado teor de minerais primários, presença marcante de fragmentos de rocha na
massa do solo e outros indícios do intemperismo incipiente do solo. (IAC, 2014)
Segundo Embrapa (2006), Plintossolos são solos constituídos por material
mineral, apresentando horizonte plíntico ou litoplíntico ou concrecionário iniciando
dentro de 40 cm, ou dentro de 200 cm quando imediatamente abaixo do horizonte A
ou E, ou de outro horizonte que apresente cores pálidas, variegadas ou com
mosqueados em quantidade abundante. A classe textural no horizonte plíntico varia
de franco a argila.(EMBRAPA, 2006)
Os Plintossolos pétricos apresentam horizonte litoplíntico, contínuo ou
praticamente contínuo, com 10cm ou mais de espessura ou 50% ou mais de
petroplintita formando uma camada com espessura mínima de 15cm, dentro de
40cm da superfície do solo ou imediatamente abaixo do horizonte A ou E. Possui
23
textura arenosa desde a superfície do solo até o início do horizonte litoplíntico, que
ocorre entre 50cm e 100cm de profundidade.
As areias quartzosas são originadas de depósitos arenosos, de textura areia
ou areia franca em pelo menos 2 m de profundidade. São solos constituídos
principalmente de grãos de quartzo, consequentemente, isentos de minerais
primários pouco resistentes ao intemperismo. Essa classe de solos abrange as
Areias Quartzosas não-hidromórficas sem coloração, podendo apresentar também
coloração amarela ou vermelha. A granulometria da fração areia é variável, podendo
ter grãos menores ou maiores em alguns casos. O teor máximo de argila chega a
15%, quando o silte está ausente.(EMBRAPA, 2006)
Quando ocorre variação do lençol freático são denominadas areias quartzosas
hidromórficas, situadas nas margens dos canais fluviais de cor acinzentadas.
Os solos litólicos são pouco desenvolvidos, rasos, não hidromórficos, apresenta
horizonte A diretamente sobre a rocha ou horizonte C de pequena espessura. São
normalmente pedregosos e/ou rochosos, moderadamente a excessivamente
drenados com horizonte A pouco espesso, cascalhento, de textura
predominantemente média, podendo também ocorrer solos de textura arenosa,
siltosa ou argilosa. (EMBRAPA, 2006).
Os solos hidromórficos apresentam grande umidade por estarem
próximas de rios, logos, ou regiões alagadas, todas as demais classes de
solo, podem ou não se enquadrar em solos hidromórficos.
2.1.5.1 Classificação dos solos do Tocantins quanto à textura
A tabela 1 abaixo apresenta as principais características físicas das
classes de solos descritas no estado do Tocantins.
Os principais tipos de solos identificados foram os Concrecionários (23 %),
Latossolos (22 %) e Neossolos Quartzarênicos (19 %). Como uma das
características dessas classes, pode-se citar a predominância de texturas média e
arenosa, o que determina uma baixa retenção de água, favorecida também pelo
baixo teor de matéria orgânica dos solos. (A. FILHO, 2017).
24
Tabela 1. Características predominantes.
Solo Textura Predominante Características Acessórias
Latossolo Amarelo Média -
Latossolo Vermelho-Amarelo Média e Argilosa -
Latossolo Vermelho-Escuro Argilosa -
Latossolo Roxo Muito argilosa e Argilosa -
Podzólico Vermelho-Amarelo Média/Argilosa; Arenosa/Média. Fase pedregosa; cascalhenta.
Podzólico Vermelho-Escuro Argilosa ou Muito Argilosa -
Cambissolo Média ou Argilosa Fase rochosa; cascalhenta.
Plintossolo Média/argilosa Abruptos; muito cascalhenta.
Plintossolo Pétrico Argilosa ou indiscriminado -
Areia Quartzosa Hidromórfica Arenosa -
Areia Quartzosa Arenosa -
Solo Litólico Média ou indiscriminado Fase pedregosa e concrecionário
Plintossolo Pétrico Arenosa/Média e Média/Argilosa Plínticos; concrecionário
Fonte: (EMBRAPA, 2006) - Adaptado.
2.2 ESCORAMENTO DE VALAS
A NBR 12266 define valas como a abertura feita no solo, por processo mecânico
ou manual, com determinada seção transversal, destinada a receber tubulações.
Quando a escavação não puder ser contida apenas com a presença de taludes,
deve então ser previsto o escoramento das paredes do corte. Os escoramentos são
estruturas provisórias executadas para possibilitar a construção de outras obras,
sendo mais comumente utilizadas para permitir a execução de obras enterradas ou
o assentamento de tubulações embutidas no terreno. (SILVA, 2003)
Deverá ser utilizado escoramento sempre que as paredes laterais das valas
forem constituídas de solo passível de desmoronamento, bem como nos casos em
que, devido aos serviços de escavação, constate-se a possibilidade de alteração da
estabilidade do que estiver próximo à região dos serviços. O tipo de escoramento a
empregar dependerá da qualidade do terreno, da profundidade da vala e das
condições locais, mediante aprovação da fiscalização. (SANEPAR, 2012)
Em escavações a céu aberto, com profundidades superiores a 1,25m, é
obrigatório - conforme estabelece a portaria nº. 3214 do Ministério do Trabalho, de
08/06/1978, regulamentada pela NR 18 - o uso de escoramentos a fim de garantir a
segurança e a integridade da obra e dos colaboradores.
25
Os tipos mais usados de escoramento são o pontaleteamento, escoramento
comum, descontínuo ou contínuo, escoramento especial, e escoramentos metálicos.
De acordo com a NBR 12266, as dimensões mínimas das peças e os
espaçamentos máximos usuais dos escoramentos, quando não especificado em
projeto, devem ser os seguintes:
Pontaleteamento: tábuas de 0,027 m x 0,30 m, espaçadas de 1,35 m, travadas
horizontalmente com estroncas de Ø 0,20 m, espaçadas verticalmente de 1,00 m;
(Figura 8). O pontaleamento é utilizado em solos coesivos geralmente em cota
superior á do lençol freático e em profundidades menores.
Figura 8. Pontaleamento (CEHOP, 2008)
Escoramento descontínuo: tábuas de 0,027 m x 0,30 m, espaçadas de 0,30 m,
travadas horizontalmente por longarinas de 0,06 m x 0,16 m em toda sua extensão,
espaçadas verticalmente de 1,00 m com estroncas de Ø 0,20 m, espaçadas de 1,35
m, sendo que a primeira estronca está colocada a 0,40 m da extremidade da
longarina; (Figura 9). Também utilizado na escavação de solos coesivos, geralmente
em cota superior ao nível do lençol freático.
Figura 9. Escoramento descontínuo (CEHOP, 2008)
26
Escoramento contínuo: tábuas de 0,027 m x 0,30 m, de modo a cobrir toda a
superfície lateral da vala, travadas umas às outras horizontalmente por longarinas de
0,06 m x 0,16 m em toda sua extensão, espaçadas verticalmente de 1,00 m com
estroncas de Ø 0,20 m, espaçadas de 1,35 m a menos das extremidades das
longarinas, de onde as estroncas devem estar a 0,40 m; (Figura 10). Geralmente
são utilizados em escavações de solos arenosos, sem coesão, ou quando alguma
circunstancia exija uma condição estanque das paredes da vala.
Figura 10. Escoramento descontínuo (CEHOP, 2008)
Escoramento especial: estacas-pranchas de 0,06 m x 0,16 m, do tipo macho e
fêmea, travadas horizontalmente por longarinas de Ø 0,08 m x 0,18 m em toda sua
extensão, com estroncas de Ø 0,20 m, espaçadas de 1,35 m a menos das
extremidades das longarinas, de onde as estroncas devem estar a 0,40 m. As
longarinas devem ser espaçadas verticalmente de 1,00 m. (Figura 11)
Figura 11. Escoramento especial (CEHOP, 2008)
27
Os materiais usados devem ser isentos de trincas, falhas ou nós, para não
comprometer a resistência aos esforços que irão suportar. Caso não seja possível
utilizar peças com as bitolas especificadas, as mesmas deverão ser substituídas por
outras com módulo de resistência equivalente. (SANEPAR, 2012)
2.3 ARCGIS
É um conjunto integrado de softwares de Sistema de Informação
Geográfica (SIG), produzido pela empresa americana ESRI, (VERGARA,
2015). Utilizado para criação e utilização de mapas, compilação de dados
geográficos, analise de informações mapeadas e gestão de informações
geográficas em bancos de dados. (UFRGS, 2016)
O ArcGIS usa modelos de dados de SIG para representar a geografia e provê
todas as ferramentas necessárias para criar e trabalhar com o dados geográficos.
Isto inclui ferramentas para todas as tarefas de SIG: editando e automatizando
dados, mapeando cartograficamente tarefas, administrando dados, realizando
análise geográfica, administrando dados avançados e desenvolvendo dados e
aplicações na Internet.
2.4 GEO-SLOPE
GEO-SLOPE é um módulo componente do software GeoStudio que analisa a
estabilidade de inclinação para obras de solo e rocha. Pode efetivamente analisar
problemas simples e complexos para uma variedade de formas de superfície de
deslizamento, condições de pressão de água porosa, propriedades do solo e
condições de carregamento. Podendo ser utilizado para analisar quase qualquer
problema de estabilidade de inclinação que você encontrará em seus projetos de
engenharia geotécnica, civil e de mineração.
Utilizando o equilíbrio do limite (Figura 12), o GeoSlope pode modelar tipos de
solo heterogêneos, geometria complexa de estriografia e deslizamento e condições
variáveis de pressão de poros-água usando uma grande variedade de modelos de
solo. As análises podem ser realizadas usando parâmetros de entrada
determinísticos ou probabilísticos. Os estresses calculados por um elemento finito, a
análise do esforço pode ser usada além dos cálculos de equilíbrio do limite para a
análise de estabilidade de inclinação mais completa disponível. (GEOSLOPE, 2017)
28
Figura 12. GeoSlope em análise pelo método do equilíbrio limite. (GEOSLOPE, 2017)
29
3 METODOLOGIA
Será utilizada nesta pesquisa, quanto à finalidade, a metodologia pura, a qual
visa identificar os fatores que determinam ou contribuem para a análise dos solos
em questão. Tem-se como objetivo metodológico, uma pesquisa exploratória e
descritiva, com procedimentos de levantamentos bibliográficos e análises utilizando
softwares. A realização da pesquisa acontecerá no CEULP/ULBRA, no primeiro
semestre de 2018. O objeto de estudo serão os solos do Tocantins mapeados pela
EMBRAPA.
Os instrumentos de coleta de dados serão os softwares ArcGis e Geoslope, os
dados bibliográficos já existentes, e as normas técnicas vigentes relacionadas ao
tema. Os dados serão analisados através do ArcGis e Geoslope, e apresentados de
maneira comparativa com os dados normatizados.
3.1 IDENTIFICAR OS TIPOS DE SOLOS PRESENTES NO ESTADO DO
TOCANTINS ATRAVÉS DO SOFTWARE ARCGIS
Utilizando o Software ArcGis, será mapeado os tipos de solos encontrados no
Tocantins, tal procedimento será realizado utilizando como base um shapefile -
dados geoespaciais em forma de vetor usado por Sistemas de Informações
Geográficas também conhecidos como SIG – disponibilizado no site da Secretaria
de Planejamento e Orçamento do Tocantins (SEPLAN). Os dados contidos neste
shapefile são referentes aos dados geológicos dos solos, porém para este estudo
faz –se necessário o conhecimento das características geotécnicas; logo através da
ferramenta de seleção disponibilizada pelo ArcGis, serão selecionadas as feições de
entrada (solo com característica geológica) , e então editadas para um novo
shapefile com as relações geotécnicas encontradas na literatura (argiloso, siltoso ou
arenoso), tendo-se assim como produto final um mapa com informações geotécnicas
do solos do Tocantins, com indicação do tipo de escoramento a ser utilizado.
3.2 DEFINIR PROPRIEDADES RESITENTES PARA OS SOLOS IDENTIFICADOS
Serão definidas as propriedades resistentes (coesão e ângulo de atrito) dos
solos existentes no estado. Também serão estabelecidos valores para o peso
específico, parâmetro de fundamental importância para o cálculo da estabilidade de
encostas. Para isso serão pesquisados trabalhos e correlações existentes na
30
literatura que permitam estimar, embora de uma forma teórica, as propriedades do
solo.
3.3 ANALISAR A ESTABILIDADE DOS SOLOS ATRAVÉS DO SFTWARE
GEOSLOPE: CASOS TEÓRICOS
De acordo com a NR 18, valas como profundidades superiores a 1,25m devem
ser escoradas. A partir desta informação foi gerada uma tabela com dados teóricos
para análises de estudo de caso. A tabela 2 mostra os possíveis casos que serão
estudados. A Princípio serão considerados três grandes grupos de solo: argilosos,
siltosos e arenosos, considerando-os em duas situações: seco e saturado. Para
cada um deles serão analisadas duas profundidades de vala, a altura mínima
permitida sem escora (1,25m) e uma altura 50 cm superior (1,75m). Após uma
análise preliminar dos resultados, novos casos serão adicionados. Será possível
variar tanto a altura da vala, quanto a profundidade do solo. Tais dados serão
aplicados no software Geo-Slope para gerar gráficos de simulação de estabilidade
dos solos em análise. A estabilidade será analisada através do método de equilíbrio
das forças.
Tabela 2. Dados Teóricos dos Solos com Variação de Altura
Caso Descrição Coesão: C Ângulo de Atrito: σ° Altura: h (m)
Peso Específico: ɣ (KN/m³)
Seco Saturado
1 Argiloso 1,25
2 Argiloso 1,75
3 Arenoso 1,25
4 Arenoso 1,75
5 Siltoso 1,25
6 Siltoso 1,75 Fonte: Autor
3.4 DETERMINAR E DIMENSIONAR O ESCORAMENTO DE ACORDO COM A
NBR 9061/1985
Serão geradas planilhas em Excel, que auxiliarão o dimensionamento de
escoras de acordo com principais tipos estabelecidos pela NBR 9061/1985. A tabela
deverá conter local para entrada de dados – fornecido pelo usuário – com
informações de peso específico, altura, coesão e ângulo de atrito. Os dados de
31
saída serão informações sobre o dimensionamento da escora e a indicação ou não
do tipo de escora calculado.
32
4 CRONOGRAMA
ETAPAS
2017 2018
JUL AGO SET OUT NOV DEZ FE
V MAR ABR MAI JUN JUL
Escolha do tema X
Levantamento bibliográfico para construção do Projeto
X X X
Elaboração do Projeto X X X
Apresentação do Projeto
X
Coleta de Dados X X X
Análise dos Dados X X
Redação do trabalho X X X X
Revisão e redação final
X
Entrega do TCC para Banca
X
Defesa do TCC em Banca
X
Correções e adequações sugeridas pela Banca
X X
Entrega do trabalho final
X
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5 ORÇAMENTO
DESPESAS 1. Materiais de Consumo e Serviços Quant. Valor Unitário Valor Total
Folhas de Papel A4 02 resmas 20,00 40,00
Caneta Esferográfica 2 unidades 2,50 5,00
Computador 1 unidade 1800,00 1800,00
Cartuchos para impressão 2 unidades 50,00 100,00
Sala para reuniões e execução do trabalho Disponibilizada pela instituição
Livros Disponibilizados pela instituição
2. Recursos Humanos Quant. Valor Unitário Valor Total
Pessoas C/H
Professor doutor 01 04 Conforme PCS da Instituição
Sub-Total de despesas: R$ 1945,00
3. Taxa Administrativa
Percentual de 15% 291,75
ISS+Cofins+PIS+CPMF= 7% 136,15
TOTAL DAS DESPESAS
R$ 2372,95
34
6 REFERÊNCIAS
A. FILHO, Manoel Ricardo. Informações Técnicas: Solo Tocantinense. 2017.
Disponível em: <http://www.zoofertil.com.br/informacoes-tecnicas/98-solo-
tocantinense.html>. Acesso em: 18 out. 2017.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 12266: Projeto e execução de valas para assentamento de tubulação de água, esgoto ou drenagem urbana. 1 ed. Rio de Janeiro: ABNT, 1992. 17 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 9061: Segurança de escavação a céu aberto. 1 ed. Rio de Janeiro: ABNT, 1985. 31 p.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações: Fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.a., 1988.
CAVEDON, Ari Délcio; SHINZATO, Edgar. LEVANTAMENTO DE RECONHECIMENTO DE SOLOS. Brasília: CPRM, 2016. 45 p. Disponível em: <http://www.cprm.gov.br/publique/media/geodiversidade/ps/solos/solos_levantamento.pdf>. Acesso em: 4 ago. 2017.
CEHOP. Escoramento de valas, cavas e poços. Sergipe: 2008. 8 p. Disponível em: <http://187.17.2.135/orse/esp/ES00317.pdf>. Acesso em: 26 ago. 2017.
EMBRAPA, Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema brasileiro de classificação dos solos. Brasília: Embrapa Produção de Informação: Embrapa Solos, 2006.
FSP, Faculdade Sudoeste Paulista. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS. 2013. Disponível em: <https://engenhariacivilfsp.files.wordpress.com/2013/03/unidade-9-e28093-resistc3aancia-ao-cisalhamento-dos-solos.pdf>. Acesso em: 16 set. 2017.
GEOSLOPE. SLOPE/W Features. 2017. Disponível em: <https://www.geoslope.com/products/slopew/features>. Acesso em: 05 out. 2017.
GERSCOVICH, Denise M. S. Estabilidade de Taludes. Departamento de Estruturas e Fundações, Universidade Estadual do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009.
IAC. Solos do estado de São Paulo. 2014. Disponível em: <http://www.iac.sp.gov.br/solossp/>. Acesso em: 22 ago. 2017.
MARQUES, Sheyla Karolina Justino. ESTUDO DA INCORPORAÇÃO DE CASCALHO PROVENIENTE DA PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO EM FORMULAÇÕES PARA TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO. 2010. 74 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de CiÊncias Exatas e da Terra, Natal, 2010. Disponível em: <https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/12707/2/SheylaKJM_DISSERT_PARCIAL.pdf>. Acesso em: 18 ago. 2017.
35
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